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UV LED固化技術(shù)及樹脂介紹

时间:2021-04-06     【转载】   来自:光固化新材料   阅读



近年來UV LED固化技術(shù)受到了全世界的高度關(guān)注,在許多應(yīng)用領(lǐng)域中都逐漸采用UV LED光源取代傳統(tǒng)的汞燈光源。UV LED是一種電致發(fā)光二極管,相比于傳統(tǒng)的UV汞燈,更為環(huán)保、高效且能耗低,是真正面向可持續(xù)發(fā)展的綠色工業(yè)技術(shù)。


UV LED特點(diǎn)

單波長,發(fā)光效率高,能耗低

UV LED能將電能直接轉(zhuǎn)換成UV光,且發(fā)出的是單波段紫外光,光線能量高度集中在特定紫外光波段,現(xiàn)在市場上有成熟應(yīng)用的是365nm、385nm、395nm、405nm這幾個(gè)波段。而傳統(tǒng)UV汞燈的發(fā)射光譜很寬,真正起有效固化作用的紫外光譜段只占其中的一部分,同時(shí)光電轉(zhuǎn)換效率低,能源消耗大。


不產(chǎn)生紅外線及臭氧

傳統(tǒng)汞燈會產(chǎn)生紅外線,并發(fā)出大量熱量,易對熱敏感基材造成損傷。而UV LED為冷光源,能有效避免基材因過熱而產(chǎn)生收縮變形,對材料的適應(yīng)性更廣。同時(shí)用于紫外固化的UV LED通常是波長較長的紫外光,因此在固化過程中不會產(chǎn)生臭氧,能夠保持良好的工作環(huán)境,相對傳統(tǒng)汞燈更安全、更環(huán)保。


即點(diǎn)即亮,電子化控制

UV LED無需像汞燈那樣預(yù)熱,也不需要為了維持燈管壽命和工作效率而將燈管一直常開。UV LED可瞬間開(關(guān))燈,輸出的能量也可以自由設(shè)定,并可隨機(jī)器速度而自動調(diào)整,非常節(jié)能,控制簡單方便。


使用壽命長,維護(hù)成本低

LED UV燈的使用壽命可達(dá)1萬-5萬小時(shí)以上,是傳統(tǒng)汞燈的10倍以上,且光衰減得很慢,使用壽命不受開關(guān)次數(shù)影響。同時(shí)LED光源沒有汞,也沒有燈罩等附件,所以幾乎不需要維護(hù),降低了維護(hù)成本。


使用靈活性高,系統(tǒng)尺寸小

LED光源可分為點(diǎn)光源、線光源、面光源,可定制有效照射區(qū)域。光源設(shè)備尺寸小,照射裝置與相關(guān)配套裝置非常緊湊,無需以往那種較大的機(jī)械安裝空間以及管道施工。這樣的特點(diǎn)使其能夠適應(yīng)各類生產(chǎn)工藝,生產(chǎn)流程也更高效。

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2011-2016年UV LED與傳統(tǒng)UV汞燈設(shè)備的銷售額對比


UV LED市場及前景

據(jù)TechNavio調(diào)研,UV LED市場最近七八年來一直保持著非常高速的增長,從2008年的2,000萬美元增長至2014年的9,000萬美元,復(fù)合年均增長率高達(dá)28.5%。2016年由于紫外光LED產(chǎn)品積極導(dǎo)入光固化、殺菌與凈化市場等各項(xiàng)應(yīng)用,預(yù)估產(chǎn)值將至1.66億美元,其中LED應(yīng)用于光固化市場產(chǎn)值將達(dá)到8,100萬美元。而到2020年,全球UV LED技術(shù)市場的復(fù)合年均增長率將達(dá)39%。

2015年,紫外光固化市場占UV LED技術(shù)市場的48.14%。印刷行業(yè)對UV LED固化設(shè)備的需求增加,用于UV LED芯片的通量密度大幅改進(jìn)使得紫外線固化占據(jù)了UV LED技術(shù)市場的很大一部分。同時(shí)印刷業(yè)已發(fā)展成為LED固化設(shè)備的一大用戶。UV LED技術(shù)在噴墨領(lǐng)域取得了巨大成功,推動了UV LED技術(shù)在整個(gè)印刷行業(yè)中的應(yīng)用。

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亞洲市場的UV LED技術(shù)

TechNavio預(yù)測,未來亞太地區(qū)的UV LED技術(shù)市場增長最快,UV LED技術(shù)在亞太地區(qū)的復(fù)合年增長率將達(dá)39.31%。主要因?yàn)樵摰貐^(qū)對UV固化設(shè)備和技術(shù)的大量需求。中國和印度是新興市場,由于政府倡導(dǎo)節(jié)能光源并支持對工業(yè)、醫(yī)療和科學(xué)部門進(jìn)行管控,這些政策鼓勵(lì)UV LED制造商增加UV LED的生產(chǎn)。LED光固化應(yīng)用目前主要集中于木器、油墨和UV膠三大領(lǐng)域,在未來幾年中會有較大漲幅。

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歐洲市場的UV LED技術(shù)

歐洲UV LED技術(shù)將從2015年的3,628萬美元增長到2020年的1.902億美元。歐洲對有害物質(zhì)實(shí)行環(huán)境監(jiān)管和對汞燈的禁止使得歐洲市場成為全球UV LED市場收入的重要貢獻(xiàn)者。由于UV LED為環(huán)保型且耗電量少,在歐洲的醫(yī)療、粘合劑、印刷固化市場有著大量應(yīng)用,這些應(yīng)用也成為歐洲市場增長的一大重要因素。

北美市場的UV LED技術(shù)

UV LED技術(shù)占北美市場份額的26.8%。TechNavio預(yù)測,北美UV LED技術(shù)市場將從2015年的3,433萬美元增長到2020年的1.7906億美元。由于市場快速增長,北美洲的平面藝術(shù)行業(yè)正越來越多地使用紫外固化設(shè)備和技術(shù)。其他UV LED光固化應(yīng)用涉及醫(yī)療保健行業(yè)、通信設(shè)備行業(yè)、汽車行業(yè)、建材行業(yè)等。


UV LED樹脂

由于UV LED為單一波段的UV光源,引發(fā)劑吸收光譜需要與LED發(fā)射光譜匹配,目前市場上針對LED光源開發(fā)的引發(fā)劑不多,可量產(chǎn)化的就更匱乏了。因此引發(fā)劑的匹配問題一直是LED光固化的難點(diǎn),目前可使用的光引發(fā)劑有TPO、TPO-L、ITX、DETX、BAPO等。而這些引發(fā)劑在365nm、385nm、395nm、405nm的波段并沒有非常強(qiáng)的吸收峰,因此引發(fā)效率不高。同時(shí)與傳統(tǒng)汞燈相比,其功率較低,輻照能量不高,尤其是油墨類有色體系,若印刷速度過快,易導(dǎo)致油墨固化不徹底

鑒于引發(fā)劑匹配度和設(shè)備功率這兩方面的問題,用于LED固化的光固化樹脂就必須有非常高的反應(yīng)活性,才能避免固化不良等問題。目前市場可供選擇的UV LED固化樹脂很少,主要受制于反應(yīng)活性和穩(wěn)定性這兩大問題!

 

固化速度、抗表面氧阻聚和儲存穩(wěn)定性的平衡

固化速度、抗表面氧阻聚和儲存穩(wěn)定性,是UV光固化技術(shù)中很重要的三個(gè)方面,單獨(dú)實(shí)現(xiàn)相對容易,但如果三者都要兼顧難度就很大。潤奧化工的科研人員通過大量的實(shí)驗(yàn)工作,采用創(chuàng)新的方法對樹脂結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改變,并采用輔助手段,特別開發(fā)了三款不同應(yīng)用體系的UV LED固化樹脂,完美地達(dá)到了固化速度、抗表面氧阻聚和儲存穩(wěn)定性三者的平衡,從而很好地解決了實(shí)際應(yīng)用問題。


木器及塑膠涂料方向

FSP8370是四官能特種改性聚酯丙烯酸酯,專門開發(fā)應(yīng)用于LED木器及塑膠涂料。該樹脂低能量固化速度極快,轉(zhuǎn)化率高,硬度高,有著出色的耐磨性和耐水煮性。實(shí)驗(yàn)時(shí),采用光強(qiáng)只有200mw/cm2的395nm點(diǎn)光源照射10秒即可表干。FSP8370不僅有著突出的反應(yīng)活性,其儲存穩(wěn)定性也十分優(yōu)異。在有引發(fā)劑的配方中,放入60℃烘箱2周,黏度基本無變化,熱穩(wěn)定性優(yōu)異。

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UV膠方向

FSP8376是兩官能特種改性聚氨酯丙烯酸酯,專門開發(fā)應(yīng)用于UV LED膠黏劑體系。該樹脂固化速度快,低收縮,有著優(yōu)異的內(nèi)聚力和耐水性,對塑膠基材的粘接強(qiáng)度高,其伸長率為130%,有著出色的回彈性。   

                                

油墨方向

FSP8374是兩官能特種改性聚酯丙烯酸酯,專門開發(fā)應(yīng)用于UV LED油墨體系。該樹脂固化速度快,柔韌性佳,有著優(yōu)異的顏料潤濕性,柔韌性佳,對塑料、金屬、玻璃都有較好的附著力,適合多種承印基材。良好的印刷適性也使其適用于膠印及絲印工藝。


UV LED在光固化中的應(yīng)用

UV噴墨

目前,市場對UV LED固化技術(shù)的關(guān)注度很高,其中噴墨領(lǐng)域的創(chuàng)新最多,而UV LED固化的優(yōu)勢恰好能滿足這一領(lǐng)域的需求。

UV LED噴墨優(yōu)勢:節(jié)能、高效、分辨率高、適應(yīng)多種基材。應(yīng)用領(lǐng)域:工業(yè)或裝潢印刷、大幅面噴墨印刷、標(biāo)簽及包裝印刷。

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UV膠印

LED UV膠印與普通的UV印刷相比,在整個(gè)印刷生產(chǎn)過程中,更節(jié)能環(huán)保,壽命長,可以減少高達(dá)70~80%的能源消耗,且對承印材料有著出眾的適應(yīng)性。

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PCB行業(yè)

PCB行業(yè)元件(電容,電感,各種插件,螺絲,芯片等)固定。

防潮灌封和核心電路、芯片保護(hù),抗氧化涂層保護(hù)。

電路板保型(角)涂層。

地線,飛線,線圈固定。

波峰焊通孔掩膜。

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木器行業(yè)

和傳統(tǒng)的涂裝方法相比,UV LED不會對基材含水率產(chǎn)生影響,而且從封閉底、底漆、修色、面漆全面實(shí)現(xiàn)UV LED快速固化的施工工藝,省去了傳統(tǒng)木器底、面漆漫長的干燥固化時(shí)間和低固含多道噴涂施工的繁雜工序,能夠?qū)崿F(xiàn)全線機(jī)械化、流水線式作業(yè),對于工廠產(chǎn)能的提高有著極大的促進(jìn)作用。


UV膠黏劑

使用UV LED固化膠水有很多優(yōu)勢, 比如低放熱,更低的能量需求,節(jié)省固化時(shí)間和位置,提升生產(chǎn)率,更容易自動化。因此被廣泛用于微電子行業(yè)及醫(yī)療器械領(lǐng)域中,起到粘接、固定、保護(hù)等作用。

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UV甲油膠

采用低功率的LED燈固化,使用過程放熱低,UV甲油膠固化效果佳,可以保持長時(shí)間亮麗如新。

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UV涂料

LED優(yōu)勢:冷光源、污染少、固化快、耗能低、成膜性能優(yōu)越。

應(yīng)用領(lǐng)域:手機(jī)、汽車涂料、光學(xué)透鏡、塑料涂層、光纖涂層。

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